高溫合金分類、市場需求及國產(chǎn)替代趨勢如何？

下游需求旺盛，“兩機專項”為主要驅動。

高溫合金可以按照基體元素、制造工藝、強化方式進行分類。高溫合金是指以鐵、鎳、 鈷為基，能在 600°C 以上的高溫及一定應力作用下長期工作的一類金屬材料。（1）按基體 元素劃分：高溫合金可分為鐵基高溫合金、鎳基高溫合金和鈷基高溫合金，其中鎳基高溫 合金因其性能優(yōu)越、價格偏低的優(yōu)勢，應用最為廣泛。根據(jù)隆達股份招股說明書，鎳基高 溫合金的市場份額約達 80%。（2）按制造工藝劃分：高溫合金可分為變形高溫合金、鑄造 高溫合金、粉末高溫合金，其中變形高溫合金應用最為廣泛。隆達股份的招股說明書指出 其市場份額約為 70%。（3）按強化方式劃分：高溫合金可分為固溶強化型高溫合金、時效 強化型合金、氧化物彌散強化合金和晶界強化高溫合金。根據(jù)公司招股說明書，公司主要 產(chǎn)品為鑄造高溫合金、變形高溫合金等。

高溫合金市場空間持續(xù)增加，短期國內供需缺口不斷擴大。據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院統(tǒng)計， 高溫合金市場規(guī)模自 2017 年以來維持在 10%及以上的增速，2021 年中國高溫合金市場規(guī) 模為 219 億元。2021 年我國高溫合金需求量達 6.2 萬噸，同比增長 17%；產(chǎn)量達 3.8 萬噸， 同比增長 15.2%。我國高溫合金的產(chǎn)量和需求量不斷增加，且市場需求量始終大于供給量， 表明國內高溫合金市場存在近 40%的供給缺口，未來有較大空間。

高溫合金下游需求旺盛，航空航天是其主要應用領域。因其較強的耐高溫、抗腐蝕、 抗氧化等性能，高溫合金被廣泛應用于各個行業(yè)，包括航空航天、電力、汽車、冶金、石油化工等領域，其中航空航天領域占比最大，約為總量的 55%，其次是能源動力（20%） 和機械制造（10%）。根據(jù) MarketWatch 發(fā)布的報告，2020 年全球高溫合金市場規(guī)模為 112.60 億美元，預計 2027 年將增長至 164.80 億美元，CAGR 為 5.59%。隨著近年來我國航 空航天、核電等領域的快速發(fā)展，市場對高溫合金的需求量不斷攀升，有力推動了我國高 溫合金產(chǎn)量的穩(wěn)定增長。

隨著我國全面啟動實施航空發(fā)動機和燃氣輪機重大專項(“兩機專項”)，高溫合金國產(chǎn) 替代進口將成為大勢所趨，我國高溫合金行業(yè)迎來發(fā)展。

（一）航空發(fā)動機重大專項。航空發(fā)動機的性能與材料密切相關，隨著軍用飛機的技術升級，對高溫合金的依賴度 越來越高。在王旭東等《加快高溫合金發(fā)展、推動航空發(fā)動機研制》中指出，軍用發(fā)動機 通常以推重比綜合評定其技術水平，提高渦輪前溫度是提高推重比最直接的途徑。軍用飛 機的持續(xù)升級提高了對發(fā)動機推重比的要求，進而對高溫合金的依賴越來越大、要求越來 越苛刻。

航空發(fā)動機的技術進步與高溫合金的發(fā)展密切相關，高溫合金用量占發(fā)動機總重量的 40%-60%。現(xiàn)代先進航空發(fā)動機必須滿足超高速、大升限、長航時、遠航程的要求，因此，航空渦輪發(fā)動機推力勢必增大，燃燒室的溫度隨之升高，航空發(fā)動機的工作性能和可靠性 主要取決于其零部件能否有效承受熱沖擊、高溫腐蝕、高熱變和復雜應力。高溫合金主要 用于燃燒室、導向器、渦輪葉片和渦輪盤四大熱端部件，此外還用于機匣、環(huán)件、加力燃 燒室和尾噴口等部件。為了保證先進航空發(fā)動機的推力、推重比以及可靠性，生產(chǎn)過程中 普遍采用大量高溫合金。在現(xiàn)代航空發(fā)動機中，高溫合金材料的用量占發(fā)動機總重量的 40%~60%。

軍用飛機： （1）在飛機代次上，美國全部為三代機及以上機型，以 F-22、F-35 為代表的四代機 占比約為 19%；而我國二代殲擊機的占比仍高達 47%，第四代戰(zhàn)機則剛剛列裝，整體相比 美國落后了一代水平，面臨迫切的升級換裝需求。此外，我國百噸級大型運輸機和大型特 種飛機在役數(shù)量匱乏、戰(zhàn)略轟炸機和重型直升機亟待實現(xiàn)零突破。 （2）在飛機數(shù)量上，據(jù)《World Air Forces 2022》的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，美國軍用飛機總數(shù)達 13246 架，我國軍用飛機總數(shù)為 3285 架，不到美國的 1/4，包括戰(zhàn)斗機、運輸機、直升機 和教練機在內的各類軍機數(shù)量均顯著低于美國。隨著國產(chǎn)航空發(fā)動機研發(fā)和制造取得進展 及大飛機國產(chǎn)化率的不斷提升，高溫合金材料的需求將在未來強勁增長。

民用飛機： （1）在飛機代次上， 2022 年 12 月我國首架國產(chǎn)大型客機 C919 正式交付中國東方航 空，標志著我國大飛機行業(yè)邁入快速發(fā)展階段。未來我國民用大飛機領域的不斷發(fā)展，勢 必帶動航空發(fā)動機領域需求上升。隨著 C919 大飛機項目的穩(wěn)步推進，高溫合金在國內民 航領域的市場將會進一步打開。（2）在飛機數(shù)量上：根據(jù)波音公司《Commercial Market Outlook 2022-2041》，預計 2019-2040 年我國航空客運量年均復合增速為 4.9%，期間新增客機總量約 8485 架，其中支 線客機、窄體客機、寬體客機、貨機數(shù)量分別為 340、6370、1570、205 架；2019-2040 年 全球航空客運量年均增速為 3.8%，期間新增客機總量約 41170 架，其中支線客機、窄體客 機、寬體客機、貨機數(shù)量分別為 2120、30880、7230、940 架。

對航空發(fā)動機所需高溫合金市場規(guī)模進行測算： 新增發(fā)動機總量=新增飛機數(shù)量*飛機裝備發(fā)動機數(shù)目*（1+換發(fā)次數(shù)）+備發(fā)數(shù)量+存 量飛機數(shù)量*飛機裝備發(fā)動機數(shù)目*換發(fā)次數(shù)。 （1）增速：據(jù)英國《World Air Force》報告，我國 2018 年軍用飛機數(shù)量達 3,187 架， 總量落后于美國和俄羅斯，居全球第三位；我國 2018 年軍用飛機數(shù)量相比 2011 年增加 589 架，計算可得復合年增長率為 2.96%。2022 年我國軍用飛機數(shù)量達 3538 輛，若保持該 復合年增長率，預計未來 10 年我國將新增軍用飛機數(shù)量達 4736 架。 （2）備發(fā)/換發(fā)：由于發(fā)動機損耗以及其他意外因素，假設我國航空發(fā)動機備發(fā)比例 約為 33%；考慮我國航空發(fā)動機壽命，假設未來 5 年每架次軍用飛機換發(fā) 1 次。 （3）高溫合金：上文提到高溫合金用量占發(fā)動機總重量的 40%-60%，假設高溫合金 平均占整機重量的 50%，成材率按 15%測算。

根據(jù)上文測算，2022-2027 軍用飛機高溫合金總需求合計 14.58 萬噸，平均每年新增需 求約 3 萬噸。2021 年高溫合金售價 21.56 萬元/噸，以此推算 5 年內我國航空發(fā)動機用高溫 合金市場規(guī)模約為 314 億元。

（二）燃氣輪機重大專項。燃氣輪機主要用于地面發(fā)電機組和船舶動力領域。在高溫合金應用領域中，工業(yè)燃氣 輪機和艦船領域應用比例僅次于航空航天。燃氣輪機主要用于地面發(fā)電機組和船舶動力領 域，工作環(huán)境需要承受高硫燃氣和海水鹽分的腐蝕，工作壽命要求達到 50,000-100,000 小 時。渦輪盤在工作時轉數(shù)接近 10,000 轉/分鐘，要求材料耐用溫度達到 600°C 以上，因此設 備部件材料必須使用具有耐高溫、較高蠕變強度的高溫合金材料，目前國內外主要采用鎳 基高溫合金進行制造。 燃氣輪機市場被外國壟斷，國產(chǎn)化替代需求突出。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院預測，到 2026 年全球燃氣輪機市場的規(guī)模將達到 283 億美元，預計 2021-2026 年 CAGR 為 3.96%。重型 燃氣輪機主要由三菱重工（MHI）、通用電氣（GE）、西門子（Siemens-WH）、阿爾斯通 （Alstom-ABB）等公司壟斷，輕型燃氣輪機方面，世界主要航空發(fā)動機公司羅爾斯·羅伊 斯（RR）、通用電氣（GE）、普拉特·惠特尼（P&W）等由航空發(fā)動機改型研制了 3 代輕型 燃氣輪機。燃氣輪機的國產(chǎn)化生產(chǎn)將進一步帶來高溫合金材料需求的大幅增長。

（1）在地面發(fā)電機組領域：截至 2021 年 6 月，全國 6 兆瓦及以上燃氣發(fā)電裝機容量 達到 10,588 萬千瓦，中國燃氣輪機發(fā)電處于高速發(fā)展期。預計到 2025 年，中國燃氣輪機 發(fā)電裝機容量將會突破 1.5 億千瓦，占總裝機容量的 6%左右。通常情況下，每千瓦燃氣輪 機發(fā)電裝置的投資額約為 3000 元。據(jù)此估算 2025 年間我國工業(yè)發(fā)電領域所形成的燃氣輪 機整機市場規(guī)模約為 450 億元。 （2）在艦艇方面：據(jù)羅羅公司 2013 年對燃氣輪機市場的預測，未來二十年，作為艦 船動力的燃氣輪機的市場需求將達到 2,700 億美元，相應的服務需求達 1,250 億美元。